Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Robson Amaral (robsonamaral@bce.unb.br) on 2018-05-09T20:13:33Z No. of bitstreams: 1 2018_AlexdeMelloFaria.PDF: 3604332 bytes, checksum: aa297b57a0364da325c5d3a36d06ce45 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-07T15:16:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_AlexdeMelloFaria.PDF: 3604332 bytes, checksum: aa297b57a0364da325c5d3a36d06ce45 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-07T15:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_AlexdeMelloFaria.PDF: 3604332 bytes, checksum: aa297b57a0364da325c5d3a36d06ce45 (MD5) Previous issue date: 2018-06-07 / A presente dissertação avalia três métodos para cálculo da amplitude de tensão cisalhante equivalente utilizada em modelos de fadiga multiaxial baseados na abordagem do plano crítico. Avaliou-se o Método da Mínima Circunferência Circunscrita (MCC), o Método da Caixa (MRH) e o Método do Momento de Inércia (MOI). Com os resultados desses métodos foram aplicados três critérios de fadiga multiaxial: o critério de Susmel e Lazzarin (2002), o critério de Findley (1956) e o critério de Matake (1977). O objetivo foi a avaliação de quais métodos aplicados aos critérios resultam em melhores estimativas de resistência à fadiga multiaxial. Para a validação da análise, foram utilizados dados disponíveis na literatura para espécimes fabricados em ligas de aço submetidos a carregamentos combinados de flexão e torção em iminência de falha por fadiga. Um Índice de Erro (IE), que fornece uma medida da distância entre a previsão dos modelos e os dados experimentais foi utilizado como medida da acurácia nesta análise. Conclui-se que, em um contexto geral, para os dados sob carregamentos síncronos em fase ou fora de fase, os melhores resultados foram obtidos pelo Método MRH aplicado conjuntamente com o modelo de Findley (1956) e, para os dados sob assíncronos, as melhores estimativas foram obtidas quando o MRH foi utilizado juntamente com o modelo de Susmel e Lazzarin (2002). / This thesis evaluate three different methods that calculate the equivalent shear stress amplitude using Multiaxial Fatigue models based on the Critical Plane approach. It was evaluated the Minimum Circumscribed Circle (MCC), the Maximum Rectangular Hull (MRH) and the Moment of Inertia (MOI). With the result of these methods on hands, it was applied three multiaxial fatigue criteria: Susmel and Lazzarin (2002), the Findley (1956) criteria and the Matake (1977) criteria. The aim of this was to evaluate which of these methods applied in these criteria result in the closest estimated of multiaxial fatigue resistance. In order to validate the analysis, it was used available data base to different types of steel loaded to combined torsion and bending at the limit of fatigue failure. In this way, a percentual error index was used to measure how distant the prediction of the criteria was to the empirical result. Therefore, it was showed that the best results were obtained by using the MRH method when applied to the Findley criteria for synchronous loadings and, for asynchronous loadings, the same method using the Susmel and Lazzarin (2002).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-12-04T17:49:57Z No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-01T17:41:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-01T17:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Eletronorte. / O fenômeno de fadiga por fretting causa enormes prejuízos, principalmente para os setores elétrico e aeronáutico, ao danificar e reduzir a vida útil dos componentes que presenciam este tipo de fadiga, e ainda hoje, muitos dos efeitos causados pelo problema de fadiga por fretting continuam desconhecidos. Este trabalho tem como propósitos principais a validação de metodologias utilizadas para prever a direção de iniciação de trincas no caso de fretting, além de analisar a influência de parâmetros experimentais sobre a direção de propagação destas trincas. Para alcançar tal fim, dados disponíveis na literatura conjuntamente com testes conduzidos pelo autor foram utilizados para comparar os resultados numéricos obtidos combinando as metodologias propostas e critérios multiaxiais (Fatemi-Socie, Smith-Watson-Topper e Modified Curve Wöhler Method) com as direções experimentais de propagação das trincas. Os resultados apontaram que dentre os critérios em estudo, o de SWT se mostrou superior ao atingir os melhores resultados e que a utilização do Método da Distância Crítica trouxe melhora no desempenho desses critérios, inclusive na captura dos efeitos observados pela variação dos parâmetros analisados. / The fretting fatigue phenomenon causes huge losses, mainly to energy and aviation industries, by reducing the life of many components which experience this kind of fatigue and currently, many of the effects caused by the problem of fretting fatigue remain unknown. The main goals of this dissertation are the validation of methodologies used for prediction of crack path propagation on fretting fatigue cases and the analysis of the influence of experimental parameters on the direction of these cracks. To achieve these goals, data available in literature and experimental tests conducted by the author were used to compare the numerical results obtained using different methods and multiaxial criteria (Fatemi-Socie, Smith-Watson-Topper and Modified Wöhler Curve Method) with the experimental results. The results indicate that among the multiaxial criteria in analysis, the SWT has proved itself to be better than the others and the utilization of the Method of Critical Distance has improved the performance of these criteria, as well as the capture of the effects caused by variation of the experimental parameters in study.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-25T17:31:13Z No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-29T16:36:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T16:36:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) Previous issue date: 2018-06-25 / Esse trabalho propõe uma reformulação da Teoria da Distância Crítica para previsão de vida à fadiga em componentes entalhados submetidos a carregamentos multiaxiais. Diferentemente da abordagem clássica, para a construção da função que relaciona a distância crítica à vida, foram utilizados parâmetros representativos de modelos de falha sob condições de carregamento multiaxial. Nesse sentido, propôs-se a utilização do parâmetro de Smith-Watson-Topper, PSWT, e do parâmetro de Fatemi-Socie, PFS, para representarem a relação entre a distância crítica e a vida. Na construção do modelo, foi desenvolvido um programa experimental com o objetivo de caracterizar o comportamento à fadiga do material em condições uniaxiais utilizando-se espécimes lisos e entalhados fabricados com a liga Al 7050-T7451. Assim, foram geradas as curvas de Wöhler sob condições de tração-compressão (-N), torção alternada (-N), bem como as curvas que relacionam a vida aos parâmetros PSWT e PFS. Com base nesse conjunto de dados experimentais, foram geradas um total de seis curvas de distância crítica divididas segundo dois critérios distintos: a) condição de carregamento do ensaio (tração-compressão e torção alternada) e b) modelo de falha (tensão principal, tensão cisalhante, parâmetro de Smith-Watson-Topper e parâmetro de Fatemi e Socie). Para a validação do modelo, testes de fadiga utilizando espécimes lisos e entalhados foram conduzidos sob condições de carregamento multiaxial em fase. Também foi desenvolvido um conjunto de algoritmos computacionais para a previsão de vida sob condições multiaxiais. Além dos algoritmos que executam a previsão de vida considerando as curvas de distância critica expressas em termos dos parâmetros PSWT e PFS, implementou-se o algoritmo para a previsão de vida segundo o método da curva de Wöhler modificada (MCWM). Com base nos resultados obtidos numérica e experimentalmente, verificou-se que a metodologia proposta, quando considerado o modelo que melhor representa esse fenômeno, é capaz de realizar previsões de vida com níveis de acerto da ordem de 86,4% para faixa de variação de vida com fator 3. / This thesis proposed a reformulation of the Theory of Critical Distances aiming to predict fatigue life of multiaxial notched specimens subjected to in phase multiaxial fatigue loads. As opposed to the classical approach, for the construction of a function that correlates the critical distance to the fatigue life, it has been used parameters that use models of multiaxial failure. In this sense the parameter of Smith-Watson-Topper, PSWT, and Fatemi-Socie, PFS, are used to represent the relation between critical distance against fatigue life curve. In the of model construction, an experimental program was developed aiming to characterize the fatigue behavior of the material under uniaxial conditions using plain and notched Al 7050-T7451 specimens. In this sence, the Wöhler curves were generated for push-pull (-N) and torsional (-N) load conditions the same way that the curves which correlate the parameters PSWT e PFS were obtained. Based on the set of experimental data, six curves of critical distances where generated according to the following criteria: a) the load condition (push-pull and torsional) and b) the model of failure (principal stress, shear stress, Smith-Watson-Topper and Fatemi-Socie parameters). In order to validate the proposed methodology, a set of multiaxial fatigue tests were carried out using plain and “V” notched specimens. Besides the algorithms designed to life prediction considering critical distance curves expressed in terms of PSWT e PFS parameters, there were also designed an algorithm for life prediction according to the Modified Wöhler Curve Method (MWCM). Taking into account the numerical and experimental results obtained, the proposed methodology was able to realize life predictions up to 86,4% of accuracy in a life variance range with factor 3, according to the chosen failure model.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-07T18:41:32Z No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-23T11:34:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T11:34:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) Previous issue date: 2018-05-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Os objetivos deste trabalho são investigar o comportamento tensão-deformação cíclico e a fadiga multiaxial do aço inoxidável 304L por meio de ensaios axiais, torsionais e axiais-torsionais proporcionais totalmente alternados controlados por deformação à temperatura ambiente e avaliar os modelos de fadiga do tipo plano crítico propostos por Smith, Watson e Topper (1970), e Fatemi e Socie (1988) em relação à previsão de vida à fadiga e à orientação das trincas macroscópicas. Corpos de prova tubulares com paredes finas usinados após o tratamento térmico de normalização foram submetidos a amplitudes de deformação equivalente de von Mises tais que 0,20% ≤ Δ/2 ≤ 1,00%. Devido à dependência da taxa de carregamento do comportamento tensão deformação do aço inoxidável 304L, todos os ensaios foram realizados com frequências (0,30-2,00 Hz) tais que a taxa de deformação equivalente de von Mises fosse igual a 10-2 s-1. Observou-se que o endurecimento secundário nos ensaios proporcionais só ocorreu para amplitudes de deformação equivalente Δ/2 ≥ 0,80% enquanto todos os ensaios axiais-torsionais apresentaram endurecimento secundário. Baseado na comparação entre os estados de tensão, concluiu-se que há falha por fadiga antes que o endurecimento secundário se torne significativo para os ensaios proporcionais cuja Δ/2 ≤ 0,60%. Observou-se um comportamento do tipo Masing para uma faixa de deformação axial Δ/2 ≤ 0,40% e torsional Δ/2 ≤ 0,61% para ensaios axiais, torsionais e proporcionais. A deformação equivalente de von Mises não pode ser usada como parâmetro limite para o comportamento Masing já que o ensaio proporcional cuja Δ/2 = 0,50% apresenta comportamento semelhante àquele de ensaios cuja Δ/2 ≤0,50%, o que não ocorre para o ensaio axial de mesma amplitude de deformação equivalente. Observou-se não proporcionalidade nos espaços das tensões desviadoras e das deformações plásticas para os ensaios proporcionais no espaço das deformações totais. No entanto, não se observou um aumento na amplitude de tensão destes ensaios quando comparados a ensaios axiais e torsionais, o que sugere que o endurecimento não proporcional está associado à não proporcionalidade no espaço das deformações totais. Não houve influência significativa do endurecimento secundário na análise de fadiga, já que não houve diferença significativa entre as estimativas de vida realizadas com constantes materiais obtidas de diferentes ciclos de referência para os dois modelos. Os modelos investigados previram a vida à fadiga com boa acurária, mas falharam em prever a orientação das trincas para todas as três histórias de deformação. / The goals of this work are to investigate the cyclic stress-strain behaviour and the multiaxial fatigue of the 304L stainless steel through fully reversed strain-controlled axial, torsional and proportional axial-torsional experiments at room temperature and to evaluate the critical plane fatigue models proposed by Smith, Watson and Topper (1970), and Fatemi and Socie (1988) regarding the fatigue life and the macroscopic fatigue crack orientation. Thin-walled tubular specimens machined after a normalization heat treatment were submitted equivalent von Mises strain amplitudes such that 0:20% "eq=2 1:00%. Due to the rate-dependent cyclic stressstrain behaviour of the 304L stainless steel, all experiments were performed with frequencies (0.30{2.00 Hz) such that the equivalent von Mises strain rate was equal to 102 s1. It was observed that the secondary hardening upon proportional loads occurred only for "eq=2 0:80%, whilst it occurred for all axial and torsional experiments. Based upon the comparison between stress states, it was concluded that fatigue failure occurs before the secondary hardening becomes important for proportional experiments whose "eq=2 0:60%. A Masing-type behaviour was observed for a range of axial strain "=2 0:40% and torsional strain sur=2 0:61% for axial, torsional and proportional experiments. The equivalent von Mises strain amplitude cannot be used as a threshold since the proportional experiment whose "eq=2 = 0:50% exhibits a behaviour similar to experiments whose "eq=2 < 0:50%, which does not occur for the axial experiment with the same equivalent strain amplitude. non-proportionality upon deviatoric stress and plastic strain spaces was observed for proportional experiments upon total strain space. Nonetheless, an increase in stress amplitude was not observed for those experiments when compared to axial and torsional ones, which suggests that non-proportional hardening is related to non-proportionality upon the total strain space. There was no signi cant inuence of secondary hardening upon fatigue analysis since there was no signi cant di erence between life predictions generated from material constants obtained from di erent reference cycles for both models. The investigated models predicted accurately fatigue life, but failed to predict crack orientation for all the three strain histories.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raiane Silva (raianesilva@bce.unb.br) on 2017-08-02T18:26:08Z No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T21:41:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T21:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) Previous issue date: 2017-09-11 / Este trabalho apresenta um estudo e verificação do modelo de Jiang para estimativa de vida à fadiga no contexto de carregamentos multiaxiais para o aço 1045. Este modelo incorpora conceitos de plano crítico e energia, dispensando a utilização de métodos de contagem de ciclos para estimar a falha por fadiga. Foi utilizado o modelo de Chaboche para plasticidade cíclica para gerar histórias de tensão usadas nas simulações efetuadas. As trajetórias foram do tipo uniaxial totalmente reversa, torção pura, proporcional e elíptica não proporcional. Foram discutidos aspectos específicos do modelo de Jiang, bem como de seus parâmetros e dos resultados obtidos, tendo ele se mostrado satisfatório para produzir estimativas de vida à fadiga. / This works presents an analysis of the fatigue life estimation model proposed by Jiang as well as its verification under multiaxial loads for 1045 Steel. The Jiang model incorporates both critical plane and energy concepts, hence no cycle counting is needed to estimate fatigue life. The Chaboche cyclic plasticity model was adopted in order to generate the required loading history used in the simulations, whilst the loading paths herein used were: completely reversed uniaxial, pure torsional, proportional and non-proportional elliptical. A satisfactory verification was obtained, with results and analyses of the model and its parameters being later discussed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-23T18:18:32Z No. of bitstreams: 1 2016_JhonatandaPonteLópes.pdf: 8116037 bytes, checksum: f43347be866b7dc0775ad94de3dea587 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-10-20T19:50:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JhonatandaPonteLópes.pdf: 8116037 bytes, checksum: f43347be866b7dc0775ad94de3dea587 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JhonatandaPonteLópes.pdf: 8116037 bytes, checksum: f43347be866b7dc0775ad94de3dea587 (MD5) / Neste trabalho, busca-se utilizar o modelo de dano contínuo de Lemaitre como uma ferramenta de obtenção de vida em fadiga multiaxial para carregamentos proporcionais e não proporcionais. Primeiramente é apresentado o modelo matemático de Lemaitre, em que são formuladas as relações constitutivas necessárias à elaboração do modelo. O modelo de Chaboche foi escolhido para descrever a lei de evolução da tensão de endurecimento cinemático. Em seguida, é desenvolvido o modelo numérico para a solução das equações constitutivas, utilizando a lei de Chaboche com três termos e discretização implícita de Euler. Após, é feita a identificação dos parâmetros constitutivos do modelo para os aços 304 e S460N e para a liga de alumínio 6061-T6. É feita a implementação do modelo em uma rotina em linguagem FORTRAN, a qual é submetida a carregamentos uniaxiais e multiaxiais proporcionais e não proporcionais para cada material. Os dados de vida em fadiga obtidos pelo modelo de Lemaitre são, então, comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura. É feita, em seguida, uma análise das amplitudes de tensão obtidas pelo modelo, as quais são comparadas com os dados experimentais. São obtidas, também, curvas de evolução do dano para cada carregamento e material. Os resultados obtidos mostram que o modelo de dano de Lemaitre descreve de maneira adequada o comportamento dos materiais analisados em fadiga de baixo ciclo, quando altas amplitudes de deformação são aplicadas. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This project seeks to use Lemaitre’s Continuous Damage Model to obtain fatigue life estimates under multiaxial proportional and non-proportional loadings. Initially, the Lemaitre’s mathematical model is presented, by formulating the necessary constitutive relations. Chaboche’s model was chosen to describe the kinematic hardening law. Then, the numerical model necessary to solve the constitutive relations is developed, utilizing the Chaboche’s law with 3 terms and Euler’s implicit discretization. Then, the material parameters are identified for 304 and S460N steels and 6061-T6 aluminum alloy. The model is implemented in a FORTRAN routine, which is submitted to uniaxial and proportional and non-proportional multiaxial loading histories. The fatigue life data obtained from Lemaitre’s damage model is compared to experimental data. Then, a stress amplitude analysis is conducted and the numerical stresses are compared to experimental data. Damage evolution curves are also obtained for each material and loading. The results show that Lemaitre’s damage model describes adequately the behavior of the analyzed materials under low cycle fatigue, when low strain amplitudes are being applied to the specimen.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2015-12-04T13:07:44Z No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2016-03-28T11:33:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-28T11:33:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / O objetivo desse trabalho é avaliar o fenômeno de propagação de trincas em condições de fretting. Uma metodologia mais genérica para estimar o fenômeno de parada de trincas curtas foi proposta e diferentes modelos para estimar a direção de iniciação e a posterior propagação de trincas também foram avaliados. Teorias clássicas como o método da distribuição das discordâncias e rotinas robustas em elementos finitos foram utilizadas para calcular os parâmetros mais importantes desse trabalho. Dados experimentais disponíveis na literatura foram utilizados para verificar a acurácia das metodologias em estudo. A metodologia proposta para avaliar o fenômeno de parada de trincas curtas foi capaz fornecer melhores resultados que outras presentes na literatura quando uma curva mais genérica para o fator de intensidade de tensão limiar (Δℎ), baseada no parâmetro material de Bazant, , foi utilizada. A respeito da estimativa da direção de iniciação de trincas, duas metodologias baseadas na Teoria das Distâncias Críticas foram avaliadas e um delas (o Método da Direção Crítica) foi capaz de fornecer satisfatoriamente a direção de iniciação das trincas, enquanto que a outra metodologia baseada em uma abordagem não-local de plano crítico levou a grandes erros nas estimativas. Duas outras diferentes metodologias também foram testadas para prever o caminho de propagação de trincas sendo que uma delas, baseada no cálculo do fator de intensidade de tensão de uma trinca infinitesimal emergindo de uma trinca preexistente, foi capaz de fornecer bons resultados, enquanto que a outra metodologia, baseada na faixa de tensão cisalhante nas proximidades da ponta da trinca, conduziu a resultados discrepantes em relação as observações experimentais. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of this work is to evaluate the crack behaviour under fretting conditions. A more generic methodology was proposed to predict the short crack arrest phenomenon and different models to estimate the direction of crack initiation and further propagation were also assessed. Classical theories as the distribution dislocation technique and robust commercial FEM routines were used to calculate the most important mechanical parameters involved in these theories. Available experimental data were collected to verify the accuracy of the present methodologies. The methodology proposed here to evaluate short crack arrest was able to provide better estimates than other available in the literature when a more generic curve for the stress intensity factor threshold (Δℎ), based on the Bezant’s material parameter, , was used. Concerning the estimate of crack initiation direction, two methodologies based on the Theory of Critical Distances were assessed and one of them (the Critical Direction Method) could satisfactory provide the direction of crack initiation, whereas the other model, based on a non-local critical plane approach, led to high discrepancies. Two methodologies were also tested to predict crack propagation path and one of them, based on the calculation of the stress intensity factor of an infinitesimal kinked crack emerging from the original one, was able to provide good results, whereas the other methodology, based on the shear stress range near to the crack tip, led to inaccurate results.

O uso das ligas de alumínio em aplicações estruturais tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Nos transportes, a baixa massa específica do alumínio resulta em uma alta razão resistência/ peso, favorecendo a fabricação de aviões, trens e automóveis. Com a crescente preocupação em reduzir a emissão de gases poluentes, vem tornando-se promissora a alternativa de reduzir o peso dos veículos substituindo peças convencionalmente produzidas com outros materiais por peças de alumínio. As ligas tratáveis termicamente da série 6xxx são frequentemente escolhidas para estas aplicações. Assim, para que o emprego dessas ligas seja otimizado, é importante um estudo mais detalhado de suas propriedades mecânicas, principalmente sob solicitações cíclicas. Neste trabalho foram estudadas ligas de Al-Si-Mg que são amplamente utilizadas nas indústrias automotivas, em especial na fabricação de componentes de carroçarias para caminhões e ônibus. Foi realizado o estudo do comportamento em fadiga de baixo ciclo e fadiga multiaxial das ligas AA6005 T6, AA6063 T6 e AA6351 T6, fornecidas pela CBA (Companhia Brasileira de Alumínio) visando caracterizar e comparar essas ligas em sua microestrutura, propriedades de tração e fadiga. As propriedades básicas de fadiga foram determinadas por meio do método &epsilon;-N (fadiga de baixo ciclo) e os ensaios foram realizados com controle de deformação total, onda triangular e taxa de deformação 0,005 seg-1. As análises dos laços de histerese elasto-plástica permitiram inferir sobre aspectos microestruturais relacionados às propriedades mecânicas das ligas estudadas. O comportamento em fadiga multiaxial foi avaliado por meio de carregamentos combinados axial-torcional em fase e fora de fase. Para ajustar os dados experimentais obtidos, foram testados alguns dos modelos encontrados na literatura. Os cálculos baseados no modelo de plano crítico, proposto por Fatemi e Socie, apresentaram resultados satisfatórios. Também foram realizadas análises microestruturais e fractográficas para as três ligas. As superfícies de fratura dos ensaios de fadiga multiaxial mostraram resultados diferentes de acordo com o carregamento adotado. A avaliação comparativa das três ligas estudadas fornece subsídios para fundamentar a seleção de materiais para a fabricação de componentes estruturais para o setor automotivo. / The use of aluminum alloys in structural applications has grown considerably in recent decades. In transportation, the low density of aluminum results in a high strength-to weight ratio, proving attractive for production of aircrafts, trains and automobiles. With a growing concern for the reduction of pollutant gas emissions, aluminum alloys are becoming a promising alternative to diminish vehicle weight through the replacement of conventionally produced parts made from other heavier materials for aluminum parts. The heat treatable alloys from the 6xxx series are often chosen for these applications. Therefore, to optimize the employment of these alloys, a detailed study of their mechanical properties, primary under cyclic solicitations is necessary For the present study Al-Mg-Si alloys were chosen, which are widely used in automotive industries, particularly in the manufacturing of components for trucks and bus bodies. The low-cycle fatigue behavior and multiaxial fatigue of the three following aluminum alloys: AA6005 T6, AA6063 T6 and AA6351 T6, provided by CBA (Brazilian Aluminum Company), were assessed, with the aim of characterizing and comparing these alloys in their microstructure, tensile properties and fatigue. The basic properties of fatigue were studied by &epsilon;-N method (low cycle fatigue) and the experiments were performed with total strain control, triangular waveform and with a constant deformation rate of 5.0x10-3 s-1. The analyses of hysteresis loops elasto-plastic provided insight about microstructural aspects, related to mechanical properties of the studied alloys. Multiaxial fatigue behavior was assessed in combined axial-torsion loading in phase and out of phase. To adjust the experimental data, some models found in the literature were tested. Calculations based on critical plane model, proposed by Fatemi Socie, presented satisfactory results. Furthermore, microstructure analyses and fractography were performed for these three alloys. The fracture surface of multiaxial fatigue assays demonstrated different results according to the adopted loading. Comparative evaluation of the three studied alloys provides support for the selection of materials for manufacturing structural components of the automotive sector.

O uso das ligas de alumínio em aplicações estruturais tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Nos transportes, a baixa massa específica do alumínio resulta em uma alta razão resistência/ peso, favorecendo a fabricação de aviões, trens e automóveis. Com a crescente preocupação em reduzir a emissão de gases poluentes, vem tornando-se promissora a alternativa de reduzir o peso dos veículos substituindo peças convencionalmente produzidas com outros materiais por peças de alumínio. As ligas tratáveis termicamente da série 6xxx são frequentemente escolhidas para estas aplicações. Assim, para que o emprego dessas ligas seja otimizado, é importante um estudo mais detalhado de suas propriedades mecânicas, principalmente sob solicitações cíclicas. Neste trabalho foram estudadas ligas de Al-Si-Mg que são amplamente utilizadas nas indústrias automotivas, em especial na fabricação de componentes de carroçarias para caminhões e ônibus. Foi realizado o estudo do comportamento em fadiga de baixo ciclo e fadiga multiaxial das ligas AA6005 T6, AA6063 T6 e AA6351 T6, fornecidas pela CBA (Companhia Brasileira de Alumínio) visando caracterizar e comparar essas ligas em sua microestrutura, propriedades de tração e fadiga. As propriedades básicas de fadiga foram determinadas por meio do método &epsilon;-N (fadiga de baixo ciclo) e os ensaios foram realizados com controle de deformação total, onda triangular e taxa de deformação 0,005 seg-1. As análises dos laços de histerese elasto-plástica permitiram inferir sobre aspectos microestruturais relacionados às propriedades mecânicas das ligas estudadas. O comportamento em fadiga multiaxial foi avaliado por meio de carregamentos combinados axial-torcional em fase e fora de fase. Para ajustar os dados experimentais obtidos, foram testados alguns dos modelos encontrados na literatura. Os cálculos baseados no modelo de plano crítico, proposto por Fatemi e Socie, apresentaram resultados satisfatórios. Também foram realizadas análises microestruturais e fractográficas para as três ligas. As superfícies de fratura dos ensaios de fadiga multiaxial mostraram resultados diferentes de acordo com o carregamento adotado. A avaliação comparativa das três ligas estudadas fornece subsídios para fundamentar a seleção de materiais para a fabricação de componentes estruturais para o setor automotivo. / The use of aluminum alloys in structural applications has grown considerably in recent decades. In transportation, the low density of aluminum results in a high strength-to weight ratio, proving attractive for production of aircrafts, trains and automobiles. With a growing concern for the reduction of pollutant gas emissions, aluminum alloys are becoming a promising alternative to diminish vehicle weight through the replacement of conventionally produced parts made from other heavier materials for aluminum parts. The heat treatable alloys from the 6xxx series are often chosen for these applications. Therefore, to optimize the employment of these alloys, a detailed study of their mechanical properties, primary under cyclic solicitations is necessary For the present study Al-Mg-Si alloys were chosen, which are widely used in automotive industries, particularly in the manufacturing of components for trucks and bus bodies. The low-cycle fatigue behavior and multiaxial fatigue of the three following aluminum alloys: AA6005 T6, AA6063 T6 and AA6351 T6, provided by CBA (Brazilian Aluminum Company), were assessed, with the aim of characterizing and comparing these alloys in their microstructure, tensile properties and fatigue. The basic properties of fatigue were studied by &epsilon;-N method (low cycle fatigue) and the experiments were performed with total strain control, triangular waveform and with a constant deformation rate of 5.0x10-3 s-1. The analyses of hysteresis loops elasto-plastic provided insight about microstructural aspects, related to mechanical properties of the studied alloys. Multiaxial fatigue behavior was assessed in combined axial-torsion loading in phase and out of phase. To adjust the experimental data, some models found in the literature were tested. Calculations based on critical plane model, proposed by Fatemi Socie, presented satisfactory results. Furthermore, microstructure analyses and fractography were performed for these three alloys. The fracture surface of multiaxial fatigue assays demonstrated different results according to the adopted loading. Comparative evaluation of the three studied alloys provides support for the selection of materials for manufacturing structural components of the automotive sector.

Grande parte dos componentes mecânicos e estruturas são solicitados por carregamentos que variam com o tempo e frequentemente falham por fadiga. Neste sentido, é indubitável que o modo de falha por fadiga seja considerado no projeto mecânico de componentes, equipamentos e estruturas sujeitas a carregamentos cíclicos. Os livros de projetos de máquinas ainda são os mais utilizados na indústria como referência teórica e prática ao dimensionamento contra a fadiga de produtos. Entretanto, muitos deles ainda não incluem as últimas descobertas e metodologias mais modernas para o cálculo de durabilidade de estruturas. Adicionalmente, de uma maneira geral, grande parte dos livros especializados em fadiga também não trazem informações detalhadas sobre a previsão de vida em fadiga sob a ótica do projeto mecânico, como a análise utilizando critérios de Fadiga Multiaxial e a análise de fadiga baseada em Elementos Finitos (FE-Based Fatigue Analysis). Baseado neste cenário, este trabalho tem o objetivo de propor um procedimento para avaliar a vida em fadiga de componentes e estruturas reunindo os métodos mais recentes utilizados nesta área. Dentre os vários assuntos incluídos no procedimento proposto, destacam-se: as importantes contribuições propostas pelo Conselho Alemão de Pesquisa em Engenharia (FKM-Guideline); a utilização de Análise por Elementos Finitos (FEA) na previsão de vida em fadiga; o cálculo do fator de tensão média utilizando pseudo tensões provenientes de FEA; a contabilização do efeito de entalhe em componentes com geometria complexa utilizando o Método do Gradiente de Tensão Relativo em conjunto com FEA, que pode ser aplicado tanto em carregamento uniaxial quanto em carregamento multiaxial; a contabilização do dano por fadiga em carregamento multiaxial de amplitude variável; a densidade da malha de elementos finitos adequada para utilizar em fadiga computacional; e a aplicação da teoria e dos critérios de Fadiga Multiaxial, principalmente em FE-Based Fatigue Analyses, cuja utilização é imprescindível em estruturas sujeitas a tensões cíclicas em mais de uma direção (x,y,z). / Most of mechanical components and structures are subjected to time varying loading and therefore often present fatigue failure. Therefore, it is essential to consider the fatigue failure mode in the project of components, machines and structures under cyclic loading. Design of Machine Elements books are still the most used in industry as theoretical and practical reference for designing products against fatigue. However, many of them still do not include the latest findings and methodologies used in fatigue life assessment of structures. Additionally, overall, most of the specialized fatigue books also do not include detailed information about fatigue life assessment in a mechanical project view, as the fatigue analysis using Multiaxial Fatigue criteria and the fatigue life prediction using the Finite Element Method (FE-Based Fatigue Analysis). Based on this fact, this thesis proposes a procedure for predicting component and structures fatigue life, gathering together the most recent methods used in the fatigue area. Among the several subjects included in this procedure, we can highlight: the important contributions of the German Engineering Research Council (FKM-Guideline); the use of Finite Element Analysis (FEA) in the fatigue life assessment; the calculation of the mean stress factor using the pseudo stresses from FEA; the computation of the notch eect in geometrically complex components using the Relative Stress Gradient Method in conjunction with FEA, method which can be applied both in uniaxial loading and multiaxial loading; the estimation of the fatigue damage in structures under variable amplitude multiaxial fatigue loading; the selection of an adequate Finite Element mesh density to use in computational fatigue; and the aplication of the Multiaxial Fatigue theory and criteria, specially in FE-Based Fatigue Analyses, of which use is essential in structures under ciclic stresses in 2 or 3 directions (x,y,z).